zum Directory-modus

Tutorial MenueNucleinsäurenLerneinheit 2 von 3

Bausteine der Nucleinsäuren

Nucleotide als Werkzeug

Nucleotide bestehen aus Basen, Zuckern und Phosphaten. Als Zucker werden Ribose und Desoxyribose genutzt. Jeder dieser Bereiche kann verändert werden, ohne dass die Substrateigenschaften vollständig verloren gehen. Das nutzt man für die Entwicklung sowohl von neuen Arzneimitteln und als auch von neuen biochemischen Werkzeugen aus.

Abb.1
Ansatzpunkte für die chemische Herstellung von Nucleotidvarianten unter Beibehaltung der biologischen Spezifität.

Bei der Entwicklung neuer Arzneimittel zur Abwehr von Infektionskrankheiten müssen die Entwickler einige wesentliche Grundregeln beachten. Für Nucleotide, die als biochemische Werkzeuge eingesetzt werden sollen, gilt nur die zweite Regel der folgenden Liste.

  • Die Nucleotide dürfen für den Menschen nicht toxisch sein.
  • Die Nucleotide sollten möglichst spezifisch an ein Enzym binden.
  • Sie dürfen ihre mutagene Wirkung erst als Teil des Polynucleotids entfalten.

Die in der Abbildung rot eingefärbten Bereiche dürfen in keinem Fall verändert werden. Jede Änderung dort führt zum Verlust der spezifischen Bildung der Wasserstoff-Brückenbindungen. Erlaubt ist in gewissem Umfang der Austausch des Sauerstoffs gegen Schwefel und die Deletion der grün eingefärbten 2-Amino-Gruppe des Guanosins. Inosin kann nämlich Guanosin spezifisch ersetzen.

Die in der Abbildung grün eingefärbten Positionen sind besonders gut für Veränderungen geeignet, die die Spezifität der Nucleotide zu keinem Zeitpunkt ändern. Sie sind deshalb für die Entwicklung neuer Arzneimittel untauglich. Aber als Ankerpunkte für so genannte Reportergruppen sind sie ideal. Die 5-Position der Pyrimidine ist das Paradebeispiel. Man weiß seit langem, dass eine Änderung in dieser Position erlaubt ist. Schließlich unterscheiden sich Thymidin und Uridin u.a. hier, obwohl sie dieselbe Spezifität besitzen. Die Einführung einer 5-Methyl-Gruppe ist eine häufige enzymatische Modifikation innerhalb der Zelle u.a. bei der Regulation der Genexpression und bei Reparaturvorgängen. Hier können beliebig große Reste verankert werden, um z.B. eine Antikörperbindungsstelle oder einen Fluoreszenz-Label einzuführen. Dasselbe gilt für die Position 7 der Purine. Hier spielt das 7-Deaza-guanosin eine wesentliche Rolle bei der DNA-Sequenzierung. Die anderen Positionen sind nur beschränkt vollständig variabel. So akzeptieren DNA-Polymerasen Ribonucleotide in Gegenwart von Mangan.

Abb.2
Fluoreszenz-Marker
Abb.3
7-Deazaguanosin

Die blau eingefärbten Bereiche spielen bei der Entwicklung neuer Medikamente eine zentrale Rolle. Trägt z.B. der C8-Kohlenstoff ein Brom-Atom, so ändert sich die Konformation innerhalb des Polynucleotides bei der Replikation von der anti- in die syn-Konformation. Dasselbe gilt für Pyrimidin-Nucleoside. Hier spielt das 6-Aza-cytidin eine wichtige Rolle als antivirale Substanz. Die blau eingefärbten Bereiche der Phosphate sind für mechanistische Studien von Bedeutung.

Die gelb eingefärbten Bereiche führen notgedrungen zum Kettenabbruch und werden deshalb ausschließlich als Sanger-Reagenz in der DNA-Sequenzierung verwendet.

Seite 8 von 35